Java封裝

本章節(jié)目標(biāo)：

理解為什么要進行封裝？封裝有什么好處？封裝的代碼怎么實現(xiàn)？

知識框架：

Java封裝

封裝是面向?qū)ο蟮娜筇卣髦唬裁词欠庋b？封裝有什么好處？怎么封裝，代碼怎么寫？這是大家這一章節(jié)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

封裝從字面上來理解就是包裝的意思，專業(yè)點就是信息隱藏，是指利用抽象數(shù)據(jù)類型將數(shù)據(jù)和基于數(shù)據(jù)的操作封裝在一起，使其構(gòu)成一個不可分割的獨立實體，數(shù)據(jù)被保護在抽象數(shù)據(jù)類型的內(nèi)部，盡可能地隱藏內(nèi)部的細(xì)節(jié)，只保留一些對外接口使之與外部發(fā)生聯(lián)系。系統(tǒng)的其他對象只能通過包裹在數(shù)據(jù)外面的已經(jīng)授權(quán)的操作來與這個封裝的對象進行交流和交互。也就是說用戶是無需知道對象內(nèi)部的細(xì)節(jié)，但可以通過該對象對外提供的接口來訪問該對象。

在現(xiàn)實世界當(dāng)中我們可以看到很多事物都是封裝好的，比如“鼠標(biāo)”，外部有一個殼，將內(nèi)部的原件封裝起來，至于鼠標(biāo)內(nèi)部的細(xì)節(jié)是什么，我們不需要關(guān)心，只需要知道鼠標(biāo)對外提供了左鍵、右鍵、滾動滑輪這三個簡單的操作。對于用戶來說只要知道左鍵、右鍵、滾動滑輪都能完成什么功能就行了。為什么鼠標(biāo)內(nèi)部的原件要在外部包裝一個“殼”呢，起碼內(nèi)部的原件是安全的，不是嗎。再如“數(shù)碼相機”，外部也有一個殼，將內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)包裝起來，對外提供簡單的按鍵，這樣每個人都可以很快的學(xué)會照相了，因為它的按鍵很簡單，另外照相機內(nèi)部精密的原件也受到了殼兒的保護，不容易壞掉。

根據(jù)以上的描述，可以得出封裝有什么好處呢？封裝之后就形成了獨立實體，獨立實體可以在不同的環(huán)境中重復(fù)使用，顯然封裝可以降低程序的耦合度，提高程序的擴展性，以及重用性或復(fù)用性，例如“鼠標(biāo)”可以在A電腦上使用，也可以在B電腦上使用。另外封裝可以隱藏內(nèi)部實現(xiàn)細(xì)節(jié)，站在對象外部是看不到內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的，對外只提供了簡單的安全的操作入口，所以封裝之后，實體更安全了。

我們來看一段代碼，在不進行封裝的前提下，存在什么問題：

public class MobilePhone {
	//電壓：手機正常電壓在3~5V
	double voltage;
}

public class MobilePhoneTest {
	public static void main(String[] args) {
		MobilePhone phone = new MobilePhone();
		phone.voltage = 3.7;
		System.out.println("手機電壓 = " + phone.voltage);
		phone.voltage = 100;
		System.out.println("手機電壓 = " + phone.voltage);
	}
}

運行結(jié)果如下圖所示：

圖10-1：未進行封裝的程序測試

以上程序MobilePhone類未進行封裝，其中的電壓屬性voltage對外暴露，在外部程序當(dāng)中可以對MobilePhone對象的電壓voltage屬性進行隨意訪問，導(dǎo)致了它的不安全，例如手機的正常電壓是3~5V，但是以上程序已經(jīng)將手機電壓設(shè)置為100V，這個時候顯然是要出問題的，但這個程序編譯以及運行仍然是正常的，沒有出現(xiàn)任何問題，這是不對的。

為了保證內(nèi)部數(shù)據(jù)的安全，這個時候就需要進行封裝了，封裝的第一步就是將應(yīng)該隱藏的數(shù)據(jù)隱藏起來，起碼在外部是無法隨意訪問這些數(shù)據(jù)的，怎么隱藏呢？我們可以使用java語言中的private修飾符，private修飾的數(shù)據(jù)表示私有的，私有的數(shù)據(jù)只能在本類當(dāng)中訪問。請看程序：

public class MobilePhone {
	//電壓：手機正常電壓在3~5V
	private double voltage;
}

public class MobilePhoneTest {
	public static void main(String[] args) {
		MobilePhone phone = new MobilePhone();
		phone.voltage = 3.7;
		System.out.println("手機電壓 = " + phone.voltage);
		phone.voltage = 100;
		System.out.println("手機電壓 = " + phone.voltage);
	}
}

以上程序編譯報錯了，請看下圖：

圖10-2：private修飾的數(shù)據(jù)無法在外部程序中直接訪問

通過以上的測試，手機對象的電壓屬性確實受到了保護，在外部程序中無法訪問了。但從當(dāng)前情況來看，voltage屬性有點兒太安全了，一個對象的屬性無法被外部程序訪問，自然這個數(shù)據(jù)就沒有存在的價值了。所以這個時候就需要進入封裝的第二步了：對外提供公開的訪問入口，讓外部程序統(tǒng)一通過這個入口去訪問數(shù)據(jù)，我們可以在這個入口處設(shè)立關(guān)卡，進行安全控制，這樣對象內(nèi)部的數(shù)據(jù)就安全了。

對于“一個”屬性來說，我們對外應(yīng)該提供幾個訪問入口呢？通常情況下我們訪問對象的某個屬性，不外乎讀取（get）和修改（set），所以對外提供的訪問入口應(yīng)該有兩個，這兩個方法通常被稱為set方法和get方法（請注意：set和get方法訪問的都是某個具體對象的屬性，不同的對象調(diào)用get方法獲取的屬性值不同，所以set和get方法必須有對象的存在才能調(diào)用，這樣的方法定義的時候不能使用static關(guān)鍵字修飾，被稱為實例方法。實例方法必須使用“引用”的方式調(diào)用。還記得之前我們接觸的方法都是被static修飾的，這些方法直接采用“類名”的方式調(diào)用，而不需要創(chuàng)建對象，在這里顯然是不行的）。請看以下代碼：

public class MobilePhone {

	//電壓：手機正常電壓在3~5V
	private double voltage;
	public MobilePhone(){

	}
	public void setVoltage(double _voltage){
		if(_voltage < 3 || _voltage > 5){
			//當(dāng)電壓低于3V或者高于5V時拋出異常，程序則終止
			throw new RuntimeException("電壓非法，請愛護手機！");
		}
		//程序如果能執(zhí)行到此處說明以上并沒有發(fā)生異常，電壓值合法
		voltage = _voltage;
	}
	public double getVoltage(){
		return voltage;
	}
}

public class MobilePhoneTest {
	public static void main(String[] args) {
		MobilePhone phone = new MobilePhone();
		phone.setVoltage(3.7);
		System.out.println("手機電壓 ：" + phone.getVoltage());
		phone.setVoltage(100);
		System.out.println("手機電壓 ：" + phone.getVoltage());
	}
}

運行結(jié)果如下圖所示：

圖10-3：對封裝之后的測試

通過以上程序，可以看出MobilePhone的voltage屬性不能在外部程序中隨意訪問了，只能調(diào)用MobilePhone的setVoltage()方法來修改電壓，調(diào)用getVoltage()方法來讀取電壓，在setVoltage()方法中編寫了安全控制代碼，當(dāng)電壓低于3V，或者高于5V的時候，程序拋出了異常，不允許修改電壓值，程序結(jié)束了。只有合法的時候，才允許程序修改電壓值。（異常機制在后續(xù)的內(nèi)容中會學(xué)到，不要著急。）

總之，在java語言中封裝的步驟應(yīng)該是這樣的：需要被保護的屬性使用private進行修飾，給這個私有的屬性對外提供公開的set和get方法，其中set方法用來修改屬性的值，get方法用來讀取屬性的值。并且set和get方法在命名上也是有規(guī)范的，規(guī)范中要求set方法名是set + 屬性名（屬性名首字母大寫），get方法名是get + 屬性名（屬性名首字母大寫）。其中set方法有一個參數(shù)，用來給屬性賦值，set方法沒有返回值，一般在set方法內(nèi)部編寫安全控制程序，因為畢竟set方法是修改內(nèi)部數(shù)據(jù)的，而get方法不需要參數(shù)，返回值類型是該屬性所屬類型（先記住，以后講：另外set方法和get方法都不帶static關(guān)鍵字，不帶static關(guān)鍵字的方法稱為實例方法，這些方法調(diào)用的時候需要先創(chuàng)建對象，然后通過“引用”去調(diào)用這些方法，實例方法不能直接采用“類名”的方式調(diào)用。），例如以下代碼：

public class Product {
	private int no;
	private String name;
	private double price;
	public Product(){
		
	}
	public Product(int _no , String _name , double _price){
		no = _no;
		name = _name;
		price = _price;
	}
	public int getNo() {
		return no;
	}
	public void setNo(int _no) {
		no = _no;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String _name) {
		name = _name;
	}
	public double getPrice() {
		return price;
	}
	public void setPrice(double _price) {
		price = _price;
	}
}

public class ProductTest {
	public static void main(String[] args) {
		Product p1 = new Product(10000 , "小米5S" , 2000.0);
		System.out.println("商品編號：" + p1.getNo());
		System.out.println("商品名稱：" + p1.getName());
		System.out.println("商品單價：" + p1.getPrice());
		p1.setNo(70000);
		p1.setName("小米6");
		p1.setPrice(2100.0);
		System.out.println("商品編號：" + p1.getNo());
		System.out.println("商品名稱：" + p1.getName());
		System.out.println("商品單價：" + p1.getPrice());
	}
}

運行結(jié)果如下圖所示：

圖10-4：set和get方法測試

有的讀者可能會有這樣的疑問：構(gòu)造方法中已經(jīng)給屬性賦值了，為什么還要提供set方法呢？注意了同學(xué)們，這是兩個完全不同的時刻，構(gòu)造方法中給屬性賦值是在創(chuàng)建對象的時候完成的，當(dāng)對象創(chuàng)建完畢之后，屬性可能還是會被修改的，后期要想修改屬性的值，這個時候就必須調(diào)用set方法了。